[論文レビュー] Nmsgut-II: Fermion fits and soft supersymmetry spectra

Charanjit S. Aulakh, Sumit K. Garg|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、18個のフェルミオン質量および混合パラメータをフィットする210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ ヒッグス系を用いた超対称的SO(10) GUTモデルを提示する。このモデルは電弱対称性の破れと統一を達成するとともに、レプトゲネシスに適した範囲（10⁸–10¹³ GeV）の右手系ニュートリノ質量を生成する。モデルは重い第3世代スフェルミオン、軽いビノLSP、およびB-violation率が約10⁻²⁸ yr⁻¹を示し、現在の制限を超えるが、改善のための提案も提示している。

ABSTRACT

The supersymmetric SO(10) GUT based on the ${\bf{210\oplus 10\oplus 120\oplus 126\oplus {\bar {126}}}}$ Higgs system provides a minimal framework for the emergence of the R-parity exact MSSM at low energies and a viable supersymmetric seesaw explanation for the observed neutrino masses and mixing angles. We present formulae for MSSM decomposition of the superpotential invariants, tree level light charged fermion effective Yukawa couplings, Weinberg neutrino mass generation operator, and the $d=5,\Delta B=\Delta L eq 0$ effective superpotential in terms of GUT parameters. We use them to determine fits of the 18 available fermion mass-mixing data in terms of the superpotential parameters of the NMSGUT and SUGRY(NUHM) type soft supersymmetry breaking parameters ($\{m_{ ilde f},m_{1/2},A_0,M^2_{H,\bar H}\} $) specified at the MSSM one loop unification scale $M_X^0=10^{16.33} $ GeV. Our fits are compatible with electroweak symmetry breaking and Unification constraints and yield right-handed neutrino masses in the leptogenesis relevant range : $10^8-10^{13} $ GeV. Matching the SM data requires lowering the strange and down quark Yukawas in the MSSM via large $ an\beta$ driven threshold corrections and characteristic soft Susy breaking spectra. The Susy spectra have light pure Bino LSP, heavy exotic Higgs(inos) and large $ \mu,A_0,M_{H,\bar{H}}$ parameters $\sim 100$ TeV. Typically third generation sfermions are much \emph{heavier} than the first two generations. The smuon is often the lightest charged sfermion thus offering a Bino-CDM co-annihilation channel. The parameter sets obtained are used to calculate B violation rates which are found to be generically much faster($\sim 10^{-28}\, yr^{-1}$) than the current experimental limits. Improvements which may allow acceptable B violation rates are identified.

研究の動機と目的

• 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ ヒッグス系に基づく、低エネルギーMSSMにR対称性保存を満たす最小の超対称的SO(10) GUTフレームワークを構築すること。
• 超ポテンシャル不変量および有効ヤコビカップリングのMSSMへの分解を、GUTスケールパラメータの観点から決定すること。
• GUTスケールにおける超ポテンシャルおよびSUGRY(NUHM)型ソフトSUSY破れパラメータ（m_~f, m_{1/2}, A₀, M²_{H,H̄}）を用いて、18個の観測されたフェルミオン質量および混合パラメータをフィットすること。
• 電弱対称性の破れ、ゲージカップリングの統一、およびsee-saw機構による観測されたニュートリノ質量との整合性を保証すること。
• 特にダークマター共消滅および陽子崩壊率に関して、得られたスペクトルの実用的妥当性を評価すること。

提案手法

• 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ ヒッグス系におけるGUT超ポテンシャルから、木レベルの軽い電荷を帯びるフェルミオンの有効ヤコビカップリングの解析的公式を導出する。
• ニュートリノ質量および混合角を決定するため、ワインバーグ作用素およびd=5、ΔB=ΔL≠0の有効超ポテンシャル（d=5）を計算する。
• M_X⁰ = 10¹⁶.³³ GeVにおけるGUTスケール超ポテンシャルパラメータおよびSUGRY(NUHM)型ソフトSUSY破れパラメータ（m_~f, m_{1/2}, A₀, M²_{H,H̄}）を用いて、フェルミオンデータをフィットする。
• 異常次元（β関数）に起因するしきい値補正を適用し、MSSMにおけるストレンジおよびダウンクォークのヤコビカップリングをSMデータに一致させる。
• 数値スキャンを実施し、統一、EWSB、ニュートリノ質量制約を満たすパラメータ集合を同定する。
• 陽子崩壊率をd=5作用素を通じて評価し、ビノ様LSPダークマターの共消滅チャネルを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SO(10) GUTフレームワークにおける210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ ヒッグス系は、18個の測定済みフェルミオン質量および混合角を一貫して再現できるか？
• RQ2 電弱対称性の破れおよびゲージカップリングの統一を達成するため、GUTスケールにおける超ポテンシャルおよびソフトSUSY破れパラメータの必要値は何か？
• RQ3 得られた超対称スペクトルは、熱的レプトゲネシスに適した範囲（10⁸–10¹³ GeV）の右手系ニュートリノ質量を予測するか？
• RQ4 予測されたスフェルミオン質量スペクトルを踏まえて、特にビノ-CDM共消滅に関して、ダークマターにどのような影響を及えるか？
• RQ5 d=5作用素による陽子崩壊率は、現在の実験的制限と整合するか、それとも抑制するための新しい物理学を要するか？

主な発見

• 超ポテンシャルおよびSUGRY(NUHM)型ソフトSUSY破れパラメータを用いて、M_X⁰ = 10¹⁶.³³ GeVにおける18個のフェルミオン質量および混合パラメータをすべて成功裏にフィットした。
• 右手系ニュートリノ質量は10⁸–10¹³ GeVの範囲にあり、熱的レプトゲネシスの要件を満たす。
• ソフトSUSY破れスペクトルは、軽いビノLSP、重い異常ヘキサジン、および大きなμ、A₀、M²_{H,H̄}パラメータ（約100 TeV）を特徴とする。
• 第3世代スフェルミオンは第1・第2世代よりも顕著に重く、スミューオンがしばしば最も軽い電荷を帯びるスフェルミオンとなる。
• 本モデルは陽子崩壊率を約10⁻²⁸ yr⁻¹と予測しており、これは現在の実験的制限よりも一般にはるかに速い。
• 論文は、陽子崩壊を許容可能なレベルに抑制するための改善策（特定のフラバー構造や非一様なソフト項）を同定している。